智能制造系统关键技术分析

王文升

摘 要：智能制造系统作为知识驱动下连接网络的制造模式，能对企业的生产作业流程起到优化作用。

关键词：智能制造系统；关键技术；传感器；网络安全系统

中图分类号：TH164 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.161

智能制造系统的关键技术是生产环节中的核心要素，其功能主要是自动识别处理，通过无线传感器网络进行信息融合，并科学、合理地预防网络安全隐患。下面就智能制造系统所涉及的关键技术进行分析。

1 射频识别

射频识别是无线通信技术中的一种，通过识别特定目标应用的无线电信号，读写出相关数据，而不需要机械接触或光学接触识别系统和目标。无线射频可分为低频、高频和超高频三种，而RFID读写器可分为移动式和固定式两种。射频识别贴附于物件表面，可自动远距离读取、识别无线电信号，可作快速、准确记录和收集用具使用。其中，RFID技术的应用简化了业务流程，增强了企业的综合实力。

2 实时定位

在生产制造现场，企业要对各类别材料、零件和设备等进行实时跟踪管理，监控生产中制品、材料的位置、行踪，包括相关零件和工具的存放等，这就需要建立实时定位管理体系。通常做法是将有源RFID标签贴在跟踪目标上，然后在室内放置3个以上的阅读器天线，这样就可以方便地对跟踪目标进行定位查询。广播信号系统将信号发送至所有阅读器天线中，软件系统所发出的信号传递出去后，可通过目标定位对其进行计算测量。建筑物内或室外均可以使用RTLS进行识别和实时跟踪，以确定对象的目标位置。RTLS的物理层技术使用射频（RF）通信，但也有应用声学、光学技术取得无线射频的。

3 无线传感器系统

当前，大型生产企业工厂的检测点分布较多，大量数据产生后被自动收集处理。检测环境和处理过程的系统化提高了该系统的效率，降低了成本。将无线传感器系统应用于生产过程中，将产品和生产设施转换为活性的系统组件，以便更好地控制生产和物流，它们形成了信息物理相互融合的网络体系。无线传感网络分布于多个空间，形成了无线通信计算机网络系统，主要包括物理感应、信息传递、计算和定位三个方面，可对不同物体和环境作出物理反应，例如温度、压力、声音、振动和污染物等。无线数据库技术是该系统的关键技术，包括查询无线传感器网络、信息传递网络技术、多次跳跃路由协议。摩托罗拉的家庭控制系统中使用的是ZigBee无线协议，标准的ZigBee TM因低功耗、低数据率而被应用于无线通信服务中，ZigBee协议与代码空间（32～70 kB）有较好的适配性。

4 信息物理融合网络

信息物理融合网络生产系统取代了以往制造业的逻辑。在该系统中，一个工件能算出哪些服务是自己所需的，现有生产设施升级后，该生产系统的体系结构就被彻底改变了。这意味着现有工厂可通过不断升级得以改造，从而改变以往僵化的中央工业控制系统，转变成智能分布式控制系统，并应用传感器精确记录所处环境，使用生产控制中心独立的嵌入式处理器系统作出决策。CPS系统作为这一生产系统的关键技术，在实时感知条件下，实现了动态管理和信息服务。CPS被应用于计算、通信和物理系统的一体化设计中，其在实物中嵌入计算与通信的过程，使这种互动增加了实物系统使用功能。在美国，智能制造关键技术即信息物理融合网络技术，该技术也被德国称为核心技术，其主攻方向为智能化应与实际生产紧密联系起来。

5 网络安全系统

数字化对制造业的促进作用得益于计算机网络技术的进步，但同时也给工厂网络埋下了安全隐患。随着人们对计算机网络依赖度的提高，自动化机器和传感器随处可见，将数据转换成物理部件和组件成为了技术人员的主要工作内容。产品设计、制造和服务整个过程都用数字化技术资料呈现出来，整个供应链所产生的信息又可以通过网络成为共享信息，这就需要对其进行信息安全保护。针对网络安生产系统，可采用IT保障技术和相关的安全措施，例如设置防火墙、预防被入侵、扫描病毒仪、控制访问、设立黑白名单、加密信息等。波音公司将安全边界技术应用于回程连接中，以分离企业内部网络与外部IT网络，取得了非常不错的应用效果。装配试验系统网络化的基本内容包括柔性工装的重构、大部件连接系列、机器人钻铆系列、移动智能车、实时定位系列、智能货架和测量系统的数字化等。RFID 标签被贴附于该试验系统所有物件后，便可进行系统实时定位和监控管理，并跟踪系统内材料、部件和设备等物件的具体位置。在工装系统的重构中，应用三维激光投影仪、室内iGPS和手持智能工具可手工装配翼面类部件。将智能货架添置于该系统内，并将RFID读取的码头门安装在系统内，可实现物质管理的自动化。

6 结束语

最近几年，智能制造关键技术的发展十分迅速，为人们描绘出了未来智能化工程的美好前景。智能制造关键技术都是相通的，智能制造的实时、高效和低成本实现了传感器技术、网络技术和人工智能技术的综合应用。但智能制造中的许多关键技术还存在一些问题，例如无线网络过密、频率资源不足、易被环境变化影响、实时传输性能有待提高等。相信随着技术的不断升级，智能制造系统将更符合未来的生产趋势。

参考文献

[1]邹方.智能制造中关键技术与实现[J].航空制造技术，2014，6（14）：32-37.

[2]李斌，吴雅，罗欣，等.智能集成数控系统的开发研究[J].华中理工大学学报，1994（S1）：73-76.

〔编辑：王霞〕